A vas olyan elem, amelyet bolygónkon minden ember ismer. És ebben nincs semmi meglepő. Valójában a földkéreg tartalmát tekintve (legfeljebb 5%) ez az összetevő a leggyakoribb. Ezeknek a tartalékoknak azonban csak a negyvened része található fejlesztésre alkalmas betétekben. A vas fő érc ásványai a sziderit, a barna vasérc, a hematit és a magnetit.
A név eredete
Miért van a vasnak ez a neve? Ha figyelembe vesszük a kémiai elemek táblázatát, akkor ebben ez az összetevő "ferrum"-ként van megjelölve. Ennek rövidítése Fe.
Sok etimológus szerint a „vas” szó a protoszláv nyelvből származik, amelyben úgy hangzott, mint a zelezo. És ez a név az ókori görögök lexikonjából származott. A ma oly híres fémet vasnak nevezték.
Van egy másik verzió is. Elmondása szerint a „vas” név a latinból jött hozzánk, ahol„csillagos”-ot jelentett. Ennek az a magyarázata, hogy ennek az elemnek az első ember által felfedezett mintái meteorit eredetűek voltak.
Vashasználat
Az emberiség történetében volt egy időszak, amikor az emberek többre értékelték a vasat, mint az aranyat. Ezt a tényt Homérosz Odüsszeája rögzíti, amely szerint az Akhilleusz által rendezett játékok nyertesei az aranyon kívül egy vasdarabot is kaptak. Ez a fém szinte minden kézműves, gazdálkodó és harcos számára nélkülözhetetlen volt. És ez az óriási szükség volt rá, ami az anyag előállításának legjobb motorjává vált, valamint a gyártás további műszaki fejlődését.
9-7 cc. IDŐSZÁMÍTÁSUNK ELŐTT. az emberiség történetében vaskorszaknak tekintik. Ebben az időszakban Ázsia és Európa számos törzse és népe kezdte fejleszteni a kohászatot. A vasra azonban ma is nagy a kereslet. Végül is ez a fő anyag a szerszámok gyártásához.
Sajttermék
Mi az a technológia a virágvas előállítására, amelyet az emberiség a kohászat fejlődésének hajnalán kezdett el kitermelni? Az emberiség által feltalált legelső módszert sajtkészítésnek nevezték. Ráadásul 3000 évig használták, nem változott a bronzkor végétől a 13. századig tartó időszakig. A nagyolvasztót nem Európában találták fel. Ezt a módszert nyersnek nevezték. A számára szarvakat kőből vagy agyagból építették. Néha a salakdarabok anyagként szolgáltak a falakhoz. A kovács utolsó változata belülről az volttűzálló agyaggal bevonva, amelyhez homokot vagy zúzott szarvat adtak a minőség javítása érdekében.
Mitől lesz vaku? Az előkészített gödröket „nyers” réti vagy mocsári érccel töltötték fel. Az ilyen kemencék olvasztóterét szénnel töltötték meg, amelyet aztán alaposan felmelegítettek. A gödör alján egy lyuk volt a levegőellátáshoz. Eleinte kézi fújtatóval fújták, amit később mechanikusra cseréltek.
A legelső kovácsműhelyben természetes huzatot szerveztek. Ezt speciális lyukakon - fúvókákon keresztül hajtották végre, amelyek a kemence alsó részének falán helyezkedtek el. Az ókori kohászok gyakran olyan kialakítással biztosították a levegőellátást, amely lehetővé tette a cső hatásának elérését. Magas és egyben szűk belső teret alakítottak ki. Nagyon gyakran ilyen kemencéket építettek a dombok lábánál. Ezeken a helyeken volt a legnagyobb természetes szélnyomás, amit a tapadás növelésére használtak.
A folyamatban lévő folyamat eredményeként az érc fémmé alakult. Ugyanakkor az üres szikla fokozatosan lefolyt. A kemence alján vasszemcsék keletkeztek. Összeragadtak egymással, úgynevezett "kúszássá" változtak. Ez egy laza, szivacsos, salakokkal átitatott massza. A sütőben a keksz fehéren forró volt. Ebben az állapotban vették ki és gyorsan megkovácsolták. A salakdarabok csak úgy hullottak le. Ezután a kapott anyagot monolit darabká hegesztettük. Az eredmény mutatós vas lett. A végterméket laposkenyér alakúra formázták.
Mi voltvirágvas összetétele? Fe és szén ötvözete volt, ami nagyon kicsi volt a végtermékben (ha a százalékot vesszük, akkor nem több századnál).
A virágzó vas azonban, amelyet az emberek a nyers kemencében kaptak, nem volt túl kemény és tartós. Ezért az ilyen anyagokból készült termékek gyorsan meghiúsultak. A lándzsák, b alták és kések meghajlottak, és nem maradtak sokáig élesek.
Acél
A kovácsoltvas előállítása során a lágy rögök mellett voltak nagyobb keménységűek is. Ezek olyan ércdarabok voltak, amelyek az olvasztási folyamat során szorosan érintkeztek a szénnel. Egy férfi észrevette ezt a mintát, és szándékosan növelni kezdte a szénnel érintkező területet. Ez lehetővé tette a vas karburizálását. Az így kapott fém elkezdte kielégíteni a kézművesek és a belőle készült termékeket használók igényeit.
Ez az anyag acél volt. A mai napig használják hatalmas számú szerkezet és termék gyártásához. Az ókori kohászok által olvasztott acél vas, amely legfeljebb 2% szenet tartalmaz.
Volt olyan is, hogy lágyacél. Flash vas volt, amely kevesebb mint 0,25% szenet tartalmazott. Ha figyelembe vesszük a kohászat történetét, akkor a sajtgyártás kezdeti szakaszában lágyacél készült. Mi a másik neve a vakuvasnak? Van egy harmadik fajta is. Ha több mint 2% szenet tartalmaz, akkoröntöttvas.
A nagyolvasztó feltalálása
A vas nyersvérű kovácsolásával történő előállítás módja nagymértékben függött az időjárástól. Hiszen egy ilyen technológiához fontos volt, hogy a szélnek bele kell fújnia a gyártott csőbe. Az időjárás szeszélyeitől való megszabadulás vágya késztette az embert a szőrmék létrehozására. Ezekre az eszközökre volt szükség a nyers kemencében a tüzet szítani.
A fújtatók megjelenése után a fémgyártáshoz használt kovácsművek már nem épültek domboldalakra. Az emberek új típusú kályhákat kezdtek használni, az úgynevezett „farkasgödröket”. Ezek olyan építmények voltak, amelyeknek egy része a földben volt, a másik (házak) pedig fölötte tornyosult agyag által összefogott kövekből készült szerkezet formájában. Egy ilyen kemence alján volt egy lyuk, amelybe egy fújtatócsövet helyeztek a tüzet szítani. A házban lerakott szenet elégették, utána lehetett hozzájutni a kekszhez. A lyukon keresztül húzták ki, amely több kő eltávolítása után keletkezett a szerkezet alsó részéből. Ezután a falat helyreállították, és a kemencét megtöltötték érccel és szénnel, hogy újra kezdjük.
A fényes vasgyártás folyamatosan javult. Idővel a házakat kezdték nagyobbra építeni. Ez szükségessé tette a mechek termelékenységének növelését. Ennek eredményeként a szén gyorsabban kezdett égni, és szénnel telítette a vasat.
Öntöttvas
Hogy hívják a nagy szén-dioxid-kibocsátású vasalót? Mint voltfentebb említettük, ez a ma oly gyakori öntöttvas. Megkülönböztető tulajdonsága, hogy viszonylag alacsony hőmérsékleten megolvad.
Téglavas - öntöttvas szilárd formában - lehetetlen volt kovácsolni. Ezért az ókori kohászok eleinte nem is figyeltek rá. Egyetlen kalapácsütéstől ez az anyag egyszerűen darabokra tört. Ebből a szempontból az öntöttvas, valamint a salak kezdetben hulladékterméknek számított. Angliában ezt a fémet még „nyersvasnak” is nevezték. És csak idővel az emberek rájöttek, hogy ez a termék, bár folyékony formában van, formákba önthető különféle termékek, például ágyúgolyók előállításához. Ennek a felfedezésnek köszönhetően a 14-15. az iparban nagyolvasztókat kezdtek építeni nyersvas gyártására. Az ilyen szerkezetek magassága elérte a 3 métert vagy többet. Segítségükkel öntödei vasat olvasztottak nem csak ágyúgolyók gyártásához, hanem maguknak az ágyúknak is.
A kohógyártás fejlesztése
A 18. század 80-as éveiben igazi forradalom következett be a kohászatban. Ekkor döntött úgy Demidov egyik hivatalnoka, hogy a nagyolvasztók működésének nagyobb hatékonysága érdekében a levegőt nem egy, hanem két fúvókán keresztül kell hozzájuk juttatni, amelyeket a kandalló mindkét oldalán kell elhelyezni. Fokozatosan nőtt az ilyen fúvókák száma. Ez lehetővé tette a fúvási folyamat egyenletesebbé tételét, a kandalló átmérőjének növelését és a kemencék termelékenységének növelését.
A nagyolvasztógyártás fejlődését a szén cseréje is elősegítette,amiért erdőket vágtak ki, kokszért. 1829-ben Skóciában, a Clayde-i üzemben fújtak először forró levegőt a nagyolvasztóba. Egy ilyen innováció jelentősen növelte a kemence termelékenységét és csökkentette az üzemanyag-fogyasztást. Manapság a nagyolvasztó eljárást úgy javították, hogy a koksz egy részét földgázra cserélték, ami még alacsonyabb költséggel jár.
Bulat
Mi a neve a villanóvasnak, amely egyedülálló tulajdonságokkal rendelkezik, amelyeket a fegyverek gyártása során használtak? Ezt az anyagot damasztacélként ismerjük. Ez a fém a damaszkuszi acélhoz hasonlóan vas és szén ötvözete. Más fajtáival ellentétben azonban jó tulajdonságokkal rendelkező, mutatós vas. Rugalmas és kemény, emellett képes kivételes élességet produkálni a pengében.
Sok ország metallurgusai több mint egy évszázada próbálják megfejteni a damasztacél gyártásának titkát. Számos receptet és módszert javasoltak, amelyek magukban fogl alták az elefántcsont, drágakövek, arany és ezüst hozzáadását a vashoz. A damaszt acél titkát azonban csak a 20. század első felében tárta fel a figyelemre méltó orosz kohász, P. P. Anosov. Virágzó vasat vettek, amelyet szénnel egy kemencébe fektettek, ahol nyílt tűz égett. A fém megolvadt, szénnel telítve. Akkoriban kristályos dolomitsalak borította, olykor a legtisztább vaskő hozzáadásával. Egy ilyen réteg alatt a fém nagyon intenzíven felszabadul a szilíciumból, foszforból, kénből és oxigénből. Ez azonban nem minden. A kapott acélt amennyire lehetett, le kellett hűtenilassabb és nyugodtabb. Ez lehetővé tette elsősorban nagyméretű, elágazó szerkezetű kristályok (dendritek) kialakulását. Az ilyen hűtés közvetlenül a tűzhelyben történt, amelyet forró szénnel töltöttek meg. A következő szakaszban ügyes kovácsolás történt, amely során a kapott szerkezet nem omlik össze.
A damasztacél egyedi tulajdonságai később magyarázatot találtak egy másik orosz kohász, D. K. Chernov munkáiban. Elmagyarázta, hogy a dendritek tűzálló, de viszonylag puha acélok. A vas megszilárdulásának folyamatában az "ágaik" közötti teret telítettebb szénnel töltik meg. Vagyis a lágy acélt keményebb acél veszi körül. Ez magyarázza a damaszt acél tulajdonságait, amelyet viszkozitása és ugyanakkor nagy szilárdsága tartalmaz. Az ilyen acélhibrid az olvadás során megőrzi faszerkezetét, csak egyenes vonalból cikcakkossá változtatja. Az így kapott minta sajátossága nagymértékben függ az ütések irányától, az erőtől, valamint a kovács ügyességétől.
Damaszkuszi acél
Az ókorban ez a fém ugyanaz a damasztacél volt. Azonban valamivel később a damaszkuszi acélt olyan anyagnak kezdték nevezni, amelyet nagyszámú huzalból vagy szalagból kovácsolással nyernek. Ezek az elemek acélból készültek. Ráadásul mindegyiket más-más széntartalom jellemezte.
Az ilyen fémek készítésének művészete a középkorban érte el legnagyobb fejlődését. Például a jól ismert japán penge szerkezetében találták a kutatókkörülbelül 4 millió mikroszkopikus vastagságú acélszál. Ez a kompozíció nagyon fáradságossá tette a fegyvergyártás folyamatát.
Termelés modern körülmények között
Az ókori kohászok nem csak a fegyverek terén hagytak példát készségeikből. A tiszta virágzó vas legszembetűnőbb példája az India fővárosa közelében található híres oszlop. A régészek meghatározták ennek a kohászati emlékműnek a korát. Kiderült, hogy az oszlopot még 1,5 ezer éve építették. A legmeglepőbb azonban abban rejlik, hogy ma még a korrózió kis nyomait sem lehet kimutatni a felületén. Az oszlop anyagát alapos vizsgálatnak vetették alá. Kiderült, hogy ez egy tiszta vas, amely mindössze 0,28% szennyeződést tartalmaz. Egy ilyen felfedezés még a modern kohászokat is megdöbbentette.
Az idő múlásával a mutatós vas fokozatosan veszített népszerűségéből. A kandallóban vagy nagyolvasztóban olvasztott fémre kezdett a legnagyobb kereslet. Ezeknek a módszereknek az alkalmazásakor azonban nem megfelelő tisztaságú terméket kapunk. Éppen ezért ennek az anyagnak a legrégebbi előállítási módja a közelmúltban kapta meg második életét, amely lehetővé teszi a legmagasabb minőségi jellemzőkkel rendelkező fém előállítását.
Mi a neve manapság? Közvetlen redukciós fémként ismert számunkra. Természetesen a virágvasat ma már nem úgy állítják elő, mint az ókorban. Gyártásához a legmodernebb technológiákat használják. Lehetővé teszik olyan fém előállítását, amelynek gyakorlatilag nincsidegen szennyeződések. A gyártás során forgócsöves kemencéket használnak. Az ilyen szerkezeti elemeket különféle ömlesztett anyagok magas hőmérsékletű égetésére használják a vegyiparban, a cementiparban és sok más iparágban.
Mi most a flash iron neve? Tisztának tekintik, és olyan módszer megszerzésére használják, amely lényegében nem sokban különbözik az ókorban létezőtől. Ennek ellenére a kohászok vasércet használnak, amelyet a végtermék előállítása során felmelegítenek. Ma azonban a nyersanyagokat kezdetben további feldolgozásnak vetik alá. Dúsított, egyfajta koncentrátumot hozva létre.
A modern ipar két módszert használ. Mindkettő lehetővé teszi, hogy vasat kapjon koncentrátumból.
E módszerek közül az első azon alapul, hogy a nyersanyagokat szilárd tüzelőanyaggal a kívánt hőmérsékletre melegítik. Ez a folyamat nagyon hasonlít az ókori kohászok által végzett eljáráshoz. Szilárd tüzelőanyag helyett gáz is használható, amely hidrogén és szén-monoxid kombinációja.
Mi előzi meg ennek az anyagnak a megszerzését? Hogy hívják ma a vasalót? A vasérckoncentrátum felmelegítése után a pellet a kemencében marad. Ezekből állítják elő később a tiszta fémet.
A vas helyreállítására használt második módszer technológiailag nagyon hasonló az elsőhöz. Az egyetlen különbség az, hogy a kohászok tiszta hidrogént használnak tüzelőanyagként a koncentrátum melegítéséhez. Ezzel a módszerrel a vas sokkal gyorsabban nyerhető. Pontosanezért jobb minőségben különbözik, mivel a hidrogén és a dúsított érc kölcsönhatása során csak két anyag keletkezik. Ezek közül az első a tiszta vas, a második a víz. Feltételezhető, hogy ez a módszer nagyon népszerű a modern kohászatban. Ma azonban ritkán, és általában csak vaspor előállítására használják. Ez azzal magyarázható, hogy a tiszta hidrogén beszerzése meglehetősen nehéz, mind a műszaki kérdések megoldása, mind a gazdasági nehézségek miatt. A kapott üzemanyag tárolása is nehéz feladat.
Viszonylag nemrégiben a tudósok egy másik, harmadik módszert fejlesztettek ki a redukált vas előállítására. Ez magában foglalja a fém kinyerését az érckoncentrátumból anélkül, hogy átmenne a pelletté való átalakulás szakaszán. Tanulmányok kimutatták, hogy ezzel a módszerrel a tiszta vas sokkal gyorsabban állítható elő. Ez a módszer azonban az iparban még nem valósult meg, mivel jelentős technológiai változtatásokat és a kohászati vállalkozások berendezéseinek változását igényli.
Mi a neve manapság a vakuvasnak? Ezt az anyagot direkt redukciós fémként ismerjük, néha szivacsosnak is nevezik. Ez egy költséghatékony, jó minőségű, környezetbarát anyag, amely nem tartalmaz foszfor- és kénszennyeződéseket. Jellemzőinek köszönhetően a virágvasat a gépiparban használják (repülés, hajógyártás és műszergyártás).
Fechral
Mint látható, ma használat közbena legmodernebb technológiák olyan anyagokat használnak, mint a virágzó vas. A Fechral szintén keresett ötvözet. A vason kívül olyan összetevőket is tartalmaz, mint a króm és az alumínium. Nikkel is jelen van a szerkezetében, de legfeljebb 0,6%.
A Fechral jó elektromos ellenállással, nagy keménységgel rendelkezik, kiválóan működik magas timföldtartalmú kerámiákkal, nem hajlamos a lyukacsosodásra, és hőálló ként és vegyületeit, hidrogént és szenet tartalmazó atmoszférában. De a vas jelenléte az ötvözetben meglehetősen törékennyé teszi az ötvözetet, ami megnehezíti az anyag feldolgozását a különféle termékek gyártása során.
A Fechr alt laboratóriumi és ipari kemencék fűtőelemeinek gyártására használják, amelyek maximális üzemi hőmérséklete 1400 fok. Néha ebből az ötvözetből készült alkatrészeket más célokra használják fel. Háztartási fűtőberendezésekbe, valamint hőhatású elektromos készülékekbe helyezik őket. A Fechr alt széles körben használják az elektronikus cigaretták gyártásában. Ezenkívül a vas, alumínium és króm ötvözete keresett az ellenálló elemek gyártása területén. Ilyenek lehetnek például elektromos mozdonyok indító-fékellenállásai.
A Fechr alt drót, valamint cérna és szalag gyártására használják. Néha köröket és rudakat kapnak belőle. Mindezeket a termékeket elektromos sütők különféle formáinak fűtőtesteinek gyártásához használják.
